Повышение износостойкости подшипниковых узлов ходовой части трактора тягового класса 40 КН модифицированием рабочих поверхностей и введением присадки

Развитие современной техники характеризуется повышенными требованиями к качеству машин, неразрывно связанному с долговечностью их трущихся сопряжений. Актуальной является задача совершенствования существующих технологий ремонта и технического обслуживания на базе последних разработок в области триботехнологий, позволяющих в значигельной мере повышать надежность узлов и агрегатов машин за счет управления процессами в зоне трения. К основным сопряжениям, лимитирующим надежность трансмиссии, ходовой системы и трактора в целом, относятся подшипники качения. При выходе из строя одного из подшипников неизбежны преждевременный ремонт и простои трактора, что ведет к значительным экономическим потерям. По данным большинства исследований ресурс подшипников качения сх. тракторов значительно ниже нормативного. Это объясняется тяжелыми условиями работы подшипников: загрязнение смазочного материала абразивом, действие значительных нагрузок и динамический характер их приложения [1] и др., а также недостаточной оснащенностью ремонтных предприятий необходимым оборудованием, специальными приборами, квалифицированными кадрами. Низок уровень технического обслуживания подщипниковых узлов в эксплуатации, что вызывает необходимость частых ремонтов В связи с перечисленными причинами и сложностями экономического характера на современном этапе возникает необходимость изыскания наиболее экономичных и эффективных способов повыщения износостойкости подшипниковых узлов тракторов. В большинстве с.-х. предприятий РФ применяются гусеничные тракторы различных тяговых классов. Одним из наиболее распространенных тракторов сельскохозяйственного назначения в хозяйствах Самарской области является гусеничный трактор Т-4А тягового класса 40 кН, выпускаемый Алтайским тракторным заводом По данным департамента технической политики Самарской области общее количество тракторов Т-4А в области на 1.11.06 составило 1836 единиц, что составляет 51% от общего количества гусеничных тракторов сх. назначения и 21% от общего числа сельскохозяйственных тракторов области [115, 90]. Трактор Т-4А предназначен для выполнения пахоты, посева, культивации и других сельскохозяйственных работ. По данным исследований надежности тракторов Т-4А, работающих в условиях рядовой эксплуатации [2], наибольшее число отказов 28% приходится на ходовую систему. Массовой повторностью отказов в ходовой системе является течь масла из опорных катков, что при несвоевременном доливе масла, в свою очередь, приводит к ухудшению условий смазывания и повышенному износу подшипниковых узлов. По данным [3] средняя наработка трансмиссии и ходовой части трактора Т4А до поступления в первый капитальный ремонт составила 4750 мото-ч. Результаты исследований свидетельствуют о том, что увеличение скорости изнашивания в условиях реальной эксплуатации более заметно проявилось для шестерен трансмиссии, подшипников опорных катков и их уплотнений. При капитальном ремонте замене на новые подлежат все подшипники опорных катков. В последующей эксплуатации при проведении текущих ремонтов ходовой части тракторов более 70% подшипников опорных катков имеют радиальный зазор выше допустимых значений и подлежат выбраковке. В связи с этим задача повышения износостойкости подшипниковых узлов опорных катков трактора Т-4А является актуальной. В опорных катках трактора Т-4А применяют роликовые подшипники РИ 954 712, смазывание осуществляют картерным способом трансмиссионным маслом ТМ-3−18 (ГОСТ 17 479.2−85). В подобных условиях работают подшипники агрегатов трансмиссий большинства тракторов. Опорные катки аналогичной конструкции применяются на трелевочных тракторах и машинах Алтайского тракторного завода, а также на промышленных тракторах Челябинского и Чебоксарского тракторных заводов. Таким образом, разрабатываемые методы по повышению износостойкости подшипниковых узлов ходовой части трактора Т4А в перспективе могут быть применены для различных подшипниковых узлов (опор качения) сельскохозяйственных и промышленных тракторов, смазываемых жидким трансмиссионным маслом. Одним из путей повышения износостойкости подшипниковых узлов является воздействие на параметры смазки путем ввода в смазочный материал современных ресурсоповышающих присадок в определенной концентрации Правильный выбор присадок в необходимом научно обоснованном количестве позволяет обеспечить высокую износостойкость узлов трения в период эксплуатации. Снизить напряженность приработки и обеспечить повышение износостойкости рабочих поверхностей можно специальной обработкой, направленной на создание на рабочих поверхностях модифицированного (измененного) слоя с улучшенными антифрикционными свойствами. Имеется положительный опыт применения подобных покрытий в различных узлах трения. В связи с этим актуальным является поиск путей повышения износостойкости подшипниковых узлов ходовой части тракгора за счет комплексного применения модифицирования рабочих поверхностей и присадок к смазочному материалу Работа выполнена в соответствии с планом научно-исследовательских работ Федерального государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Самарская государственная сельскохозяйственная академия» (Самарская ГСХА) на 2005…2010 гг. и темой «Разработка и внедрение методов совершенствования режимов смазки и рационального использования масел в смазочных и гидравлических системах сельскохозяйственной техники» ГР 1 980 001 759).Цель исследования повышение износостойкости подшипниковых узлов ходовой части трактора тягового класса 40 кН модифицированием рабочих поверхностей и введением присадки в смазочный материал. Объект исследования процессы трения и изнашивания в подшипниковых узлах ходовой части трактора Т-4А, рабочие поверхности которых модифицированы (изменены) фосфатированием, а в смазочный материал (трансмиссионное масло) введена присадка, содержащая поверхностно-активные веш, ества (ПАВ). Предмет исследования взаимосвязь трибологических параметров, определяющих условия работы и состояние рабочих поверхностей подшипников качения ходовой части тракторов, которые влияют на качество приработки и определяют последующую долговечность подщипникового узла Научная новизна заключается в предложенном комплексном способе повышения износостойкости подшипниковых узлов ходовой части тракторов фосфатированием рабочих поверхностей и введением присадки в смазочный материал на этапе приработки и нормальной работыметоде выбора оптимальной концентрации присадки при наличии на рабочих поверхностях фосфатного покрытияэкспериментальной оценке влияния фосфатирования и введения присадки в смазочный материал на этапе приработки и нормальной работы на трибологические параметры подшипниковых узлов ходовой части тракторов. Достоверность результатов работы подтверждается сравнительными исследованиями приработки образцов на машине трения, а также подшипниковых узлов на стенде, имитирующими эксплуатационные условия работыприменением современных технических средств измерения и методов обработки экспериментальных данных на ПЭВМ с использованием прикладных программ Microsoft Excel, Statistica V.5.5.A и MathCAD 2001. Практическая ценность работы. Разработан комплексный способ, предусматривающий фосфатирование рабочих поверхностей и введение присадки Феном в определенных концентрациях в смазочный материал на этапе приработки и нормальной работы, что позволяет повысить износостойкость и, как следствие, долговечность деталей подшипниковых узлов ходовой части трактора. Реализация результатов исследоваиий. Результаты исследований по повышению износостойкости подшипниковых узлов фосфатированием их рабочих поверхностей и введением в смазочный материал присадки Феном приняты к внедрению в ОАО «Похвистневская сельхозтехника» Самарской области при капитальном ремонте ходовой части тракторов Т-4А. Аиробация работы. Результаты исследований доложены и одобрены на научно-технических конференциях Самарской ГСХА (2001 .2006 гг), Московского ГАУ им В. П. Горячкина (2003 г.) и Пензенской ГСХА (2005 г.). Публикации результатов исследоваиий. Основные положения диссертации опубликованы в 12 научных работах, в том числе 1 статья в изданиях перечня ВАК Минобразования РФ, и 1 депонированный отчет о НР1Р Самарской ГСХА с номером государственной регистрации 02.200 300 329.

Структура и объем диссертации

Диссертация изложена на 153 страницах, состоит из пяти.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ.

1. Предложен способ повышения износостойкости подшипниковых узлов ходовой части тракторов фосфатированием рабочих поверхностей и введением в смазочный материал присадки в определенных концентрациях на этапах приработки и нормальной работы.

Для узлов трения с фосфатным покрытием рациональной концентрацией присадки в смазочном материале следует считать концентрацию, при которой достигается максимальное значение износостойкости сформированных в процессе приработки рабочих поверхностей, что согласно выполненному анализу может быть обеспечено при снижении скорости изнашивания фосфатного покрытия в начальной стадии процесса приработки.

Предлагаемый метод выбора рациональной концентрации присадки заключается в определении концентрации присадки, которая обеспечивает, для заданных условий трения, наибольшее снижение скорости изнашивания фосфатного покрытия по сравнению со смазочным материалом без присадки.

Установлена аналитическая зависимость, характеризующая изменение износа фосфатного покрытия обусловленное введением присадки при заданных значениях нагрузки и температуры, которая позволяет проводить выбор концентрации присадки. Коэффициенты, входящие в выражение определяются опытным путем на основании лабораторного полнофакторного эксперимента.

2. Установлены зависимости, позволяющие определить технологические параметры режима фосфатирования деталей подшипниковых узлов в водном растворе суперфосфата двойного. Разработан технологический процесс фосфатирования подшипников РИ945 712К1 и оборудование для его реализации.

3. Наилучшую совокупность трибологических характеристик для подшипниковых узлов ходовой части трактора Т-4А позволяет получить применение фосфатирования рабочих поверхностей и введение в смазочный материал присадки Феном в концентрации 5 мл/л в период приработки и 20 мл/л при дальнейшей эксплуатации.

Фосфатирование и введение в смазочный материал подшипниковых узлов присадки Феном в концентрации 5 мл/л на этапе приработки приводит к сокращению времени приработки, снижению износа наружных колец подшипников и износа деталей уплотнений на 29%, 27% и 23.28%. При этом шероховатость рабочих поверхностей колец фосфатированных подшипников, приработанных на смазочной композиции на 1.2 класса выше, а микротвердость рабочих поверхностей роликов на 5,1% выше, чем у не фосфатированных подшипников, приработанных на масле без присадки.

Введение

в смазочный материал присадки Феном в концентрации 20 мл/л на этапе нормальной работы обеспечивает снижение износа деталей подшипниковых узлов в 1,3.2 раза при загрязнении смазочного материала абразивом.

4. Разработаны практические рекомендации по применению комплексного способа повышения износостойкости подшипниковых узлов фосфатированием и введением присадки. В результате эксплуатационных исследований подшипниковых узлов ходовой части тракторов Т-4А установлено, что комплексное применение фосфатирования и введение в смазочный материал присадки Феном в концентрациях 5 мл/л на этапе приработки и 20 мл/л на этапе нормальной работы обеспечивает увеличение износостойкости деталей подшипниковых узлов в 1,43 раза, что позволяет получить среднегодовой экономический эффект 1740 рублей на один трактор.